JPH11330695A - 信頼性に優れた多層回路基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂質の層間絶縁層の上に形成されたメッキ
レジストパターンの凹部内に配線金属をメッキで析出さ
せて導体層を形成するビルドアップ多層回路基板におい
て、苛酷なヒートサイクル試験でも絶縁層のクラック発
生、剥離、膨れが防止できる、ＭＰＵの搭載が可能な信
頼性を持つ基板を提供する。 【解決手段】 配線金属の析出後、レジストを剥離して
から、配線金属の上面と側面を無電解メッキによる針状
粗化またはエッチングによる柱状粗化により処理して、
配線金属の厚みの10％以上の深さを持つ表面凹凸を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＰＵ搭載用の樹
脂製ＩＣパッケージやＭＣＭの回路基板として、および
各種の電子部品を実装するための多層プリント配線板と
して使用するのに適した、層間絶縁層に樹脂材料を用い
た多層回路基板の構造とその製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルドアップ基板と呼ばれる、層間絶縁
層に樹脂材料を使用した多層回路基板は、電子部品搭載
用の高密度実装プリント配線板として、またＭＰＵ搭載
用のＩＣパッケージやＭＣＭの回路基板として注目され
ており、プリント基板業界のみならず、パッケージ業界
や半導体業界でも開発が進められている。

【０００３】層間絶縁層にはその上下の配線間の接続の
ためにビアホールが形成される。ビアホールは、絶縁層
の樹脂材料に感光性樹脂を用いた場合にはフォトリソグ
ラフィー技術を利用して形成され、感光性のない樹脂を
用いた場合にはレーザー加工等で形成される。

【０００４】配線パターンの形成方法は、周知のよう
に、メッキ等により全面的に導体層を形成した後、導体
層の不要部を選択的に除去する（例、レジストパターン
の形成とエッチングにより）サブトラクティブ法と、導
体層を必要部分のみに選択的に形成する (例、不要部は
メッキレジストで覆ってメッキすることにより) アディ
ティブ法とに大別される。アディティブ法には、レジス
ト形成後にメッキを行うフルアディティブ法、全面無電
解メッキ後にレジストを形成し、再度メッキを行うセミ
アディティブ法などがある。

【０００５】感光性樹脂を用いたアディティブ法による
ビルドアップ多層回路基板は、例えば下記の工程を経て
製造される： (1) コア基板（銅張り基板）の銅箔面に、レジスト塗
布、エッチング、レジスト剥離処理により銅配線パター
ンを形成する、(2) 配線の表面に微小な凹凸を形成す
る、(3) 感光性樹脂を塗布して層間絶縁層を形成する、
(4) 紫外線露光、現像により絶縁層にビアホールを形成
する、(5) 酸化剤により絶縁層表面を粗化処理する、
(6) メッキレジストの塗布、露光、現像によりレジスト
パターンを形成する、(7) 無電解メッキまたは無電解と
電解メッキによって銅配線パターン（導体層）を形成す
る、(8) 上記 (2)〜(7) の工程を繰り返して必要なビル
ドアップ層を形成する、(9) 最表層の配線面にソルダー
レジストを塗布し、露光、現像して、ソルダーマスク層
を形成する、(10)露出した銅配線に無電解NiおよびAuメ
ッキ処理を行う。

【０００６】セミアディティブ法では、工程(5) と(6)
の間で無電解銅メッキを行って、絶縁層の表面に全面的
に銅の薄膜を形成する。得られたビルドアップ多層回路
基板は、これに電子部品、ＩＣパッケージ、ＭＣＭなど
をハンダを用いて実装する際に、 300〜400 ℃の急激な
加熱を受ける。さらに、電子機器に組み込まれた後も、
さまざまな温度環境に曝される。そのため、ビルドアッ
プ多層回路基板は、加熱、冷却のヒートサイクルに対す
る耐久性が求められる。

【０００７】ここで、導体層の配線金属(Cu)と層間絶縁
層の絶縁樹脂との熱膨張率差が問題となる。Cuの熱膨張
率が 15 ppm/℃であるのに対して、樹脂材料の熱膨張率
は一般に50〜100 ppm/℃と大きい。このため、図１に示
すように、ヒートサイクル時に熱応力によりCu／樹脂界
面の剥離、クラックなどの問題が生じる。

【０００８】これを防止するため、ビルドアップ多層回
路基板の製造工程では、Cu配線と樹脂界面の密着強度を
高めるために、 ・メッキ処理前の絶縁層樹脂表面を酸化剤で部分溶解さ
せて樹脂表面を粗化する上記(5) の工程と、 ・銅配線形成後に配線表面に微小な凹凸を形成する上記
(2) の工程、が行われる。

【０００９】樹脂表面の粗化処理には一般に過マンガン
酸塩やクロム酸の水溶液が使用される。銅配線の表面に
微小な凹凸を形成する処理には、銅配線の表面に酸化に
より針状酸化銅を形成させる黒化処理、さらに還元を行
う黒化還元処理、無電解Cu−Ni−Ｐ合金メッキのような
針状金属を析出させるメッキ処理、エッチングといった
化学的手法と、ブラスト処理、バフ研磨、ラッピングと
いった物理的手法が使用されている。こうした処理によ
り銅／樹脂界面の接触面積が増加するため、界面の密着
強度が向上し、剥離、クラックの発生の防止を図ってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＭＰＵ搭載用の多層回
路基板では、通常の電子部品搭載用の基板に比べて高い
信頼性が要求されるため、より過酷なヒートサイクル試
験 (例、125 ℃／−55℃、1000サイクル、30分／サイク
ル) が行われている。このより苛酷なヒートサイクル試
験では、樹脂表面の粗化と、銅配線表面の凹凸化といっ
た、界面密着強度を増大させるための従来技術を用いて
も、試験後に樹脂質の層間絶縁層やソルダーマスクの内
部にクラックが発生することが多かった。

【００１１】この問題を改善するため、銅配線の表面を
凹凸化した後、防錆処理を施すことが特開平２−292894
号公報に提案されている。しかし、防錆処理で形成され
た酸化クロムを主体とする防錆皮膜は導電性がないの
で、ビアホールを有する多層回路基板には適用できな
い。

【００１２】国際公開公報WO96/17503号には、内層銅配
線の上面に微細な凹凸層を形成した後、この凹凸層をイ
オン化傾向がCuより大でTi以下の金属を含む層または貴
金属層で被覆することが提案されている。この方法で微
細な凹凸層が形成されるのは内層銅配線の上面だけであ
る。即ち、外層銅配線には微細な凹凸層が形成されず、
また全ての銅配線の側面にも凹凸層が形成されない。ま
た、この方法は、内層配線の上面をメッキ等により別の
金属で被覆するという手間のかかる工程が加わる。

【００１３】本発明は、手間のかかる余分な工程の必要
性や、著しいコスト上昇を伴わずに、前述した苛酷なヒ
ートサイクル試験でも樹脂質の各絶縁層のクラック発生
が防止できる、特にＭＰＵの搭載に適したビルドアップ
多層回路基板を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記課題を
解決するため、苛酷なヒートサイクル試験後のビルドア
ップ多層回路基板のクラック発生組織を観察した。その
結果、クラックがいずれも銅配線の側壁部分を通って絶
縁層（層間絶縁層とソルダーマスク）を垂直に進んでい
ることを見出した。これから、ヒートサイクル試験時に
は、絶縁層に対して平行な熱応力が絶縁層全体（ソルダ
ーマスク層を含む）に発生していると推定された (図１
を参照) 。

【００１５】この結果に基づいて、熱応力解析モデルを
用いたシミュレーションを行い、ヒートサイクル試験に
おけるクラック発生過程およびクラック開始点の推定を
試みた。その結果、銅配線と絶縁樹脂の熱膨張率差のた
め、ヒートサイクルの冷却過程で、銅配線側壁とこの側
壁に接する絶縁層およびソルダーマスクとの界面、即
ち、銅配線側壁／樹脂界面間に引張り応力が生じるこ
と、界面の密着強度が低いと銅配線側壁／樹脂界面で剥
離が生じることが推定された。

【００１６】さらに、発生する応力はヒートサイクル試
験の冷却最下温度 (例、−55℃) で最大となるが、最下
温度における樹脂材料の破断強度は発生応力よりも数倍
大きく、直ちにクラック発生に至らないことがわかっ
た。そこで、界面の密着強度が低い場合、銅配線側壁／
樹脂界面で生じる剥離により、剥離先端部で応力集中が
起こり、樹脂の破断強度を越える応力が生じているので
はないかと推定した。シミュレーション結果より得られ
る剥離先端部の形状に基づいて応力集中を算出したとこ
ろ、樹脂の破断応力をはるかに越える高い応力が生じて
いることが判明した。

【００１７】以上から、単純な熱応力だけではクラック
は生じないが、銅配線側壁／樹脂界面の密着強度が低い
と、接合界面で生じた剥離による応力集中のため、剥離
先端部で大きな応力が生じて、クラックが発生すると推
定された。従って、銅配線側壁／樹脂界面の密着強度を
高めることができれば、クラックの発生は防止できると
の結論に至った。

【００１８】そこで、最下層の銅配線を除いて従来は銅
配線の上面だけに形成していた表面凹凸を、全ての銅配
線について上面に加えて側面にも形成したところ、苛酷
なヒートサイクル試験でのクラックの発生を防止するこ
とができることが判明した (図２を参照) 。

【００１９】本発明は、以上の知見により完成したもの
であって、「層間絶縁層に樹脂材料を使用した多層回路
基板において、全ての導体層が、その上面と側面に表面
凹凸を有していることを特徴とする多層回路基板」を要
旨とする。

【００２０】多層回路基板は、コア基板の両面に (即
ち、上下に) 配線層と層間絶縁層が対称または非対称に
順に積層された構造を持つ。従って、配線 (金属) の
「上面」とは、配線層のコア基板から遠い側の面を意味
する。

【００２１】本発明の好適態様にあっては、前記導体層
の表面凹凸が、無電解メッキによる針状粗化またはエッ
チングによる柱状粗化により形成された、平均深さが配
線金属厚みの10％以上のものである。

【００２２】また、本発明により、層間絶縁層に樹脂材
料を使用し、導体層の少なくとも一部を選択的に形成す
る多層回路基板の製造方法において、前記選択的に形成
する導体層を、層間絶縁層上の導体層を形成しない位置
にメッキレジストを形成し、導体層をメッキにより形成
し、メッキレジストを除去し、露出した導体層の上面と
側面を粗化する、という工程により形成することを特徴
とする、多層回路基板の製造方法も提供される。

【００２３】前記粗化工程は、好ましくは、無電解メッ
キまたはエッチングにより、導体層の上面と側面に平均
深さが配線金属厚みの10％以上の表面凹凸が形成される
ように行われる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の多層回路基板は、樹脂材
料と接している全ての導体層 (配線金属) が、その上面
と側面に表面凹凸を有している点に特徴がある。

【００２５】本発明の多層回路基板の製造は、配線の側
面にまで表面凹凸を形成するという本発明の特徴点を除
けば、従来より公知の各種の方法と同様でよい。例え
ば、層間絶縁層に感光性樹脂を使用し、アディティブ法
を用いて配線パターン形成する場合は、前述した (1)〜
(10)の工程からなる方法により製造することができる。
セミアディティブ法では、工程(5) と(6) の間に無電解
銅メッキ工程が加わる。この製造方法の工程フローチャ
ートを図３に、各工程における基板の説明図を図４にそ
れぞれ示す。

【００２６】ただし、製造方法はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、絶縁層に非感光性樹脂を用いて、レ
ーザー加工等によりビアホールを形成してもよく、これ
以外の各種の変更も可能である。

【００２７】以下には、図３のフローチャートに従っ
て、製造工程を簡単に説明する。まず、樹脂質のコア基
板の表面に、最下層の内層導体となる配線パターンを形
成する [図４(a)]。コア基板は通常は銅張り基板 (銅張
り積層板) であるので、その両面の銅箔に、例えば、レ
ジスト塗布、エッチング、レジスト剥離処理を含むフォ
トリソグラフィー法を利用して銅配線パターンを形成す
る。銅張り基板ではない場合には、適宜メッキ等により
銅配線パターンを形成することができる。コア基板は、
必要に応じてスルーホールが形成され、スルーホールメ
ッキが施される。

【００２８】コア基板の材質は、ガラスエポキシが代表
的であるが、他のものでもよい。ＭＰＵ搭載用の基板で
は、耐熱性と絶縁性に優れた、例えば、変性エポキシ樹
脂やビスマレイミド系付加重合型トリアジン樹脂が好ま
しい。

【００２９】次に、こうして形成された最下層の内層導
体層となる銅配線の側面と上面に全面的に微細な表面凹
凸を形成する [図４(b)]。この表面凹凸を形成するため
の表面粗化処理自体は、従来と同様の方法により実施す
ればよい。例えば、針状結晶を析出させることができる
無電解メッキ (例、Cu−Ni−Ｐ、Cu−Ni、Cu−Ｐ、Cu−
Co−Ｐ、またはCu−Coメッキ) 、亜塩素酸ナトリウム、
過リン酸ナトリウム等の酸化剤により銅配線の表面を酸
化銅に酸化させる黒化処理、酸化後さらに酸化層の表面
を還元する黒化還元処理、銅配線表面のエッチング処理
といった化学的処理が利用できる。ブラスト処理、バフ
研磨、ラッピング等の物理的な手法は、銅配線の側面へ
の適用が困難であるので不適切である。

【００３０】本発明の多層回路基板の製造において好ま
しい銅配線の表面粗化方法は、無電解メッキにより針状
メッキ層を銅配線の表面に形成する方法と、エッチング
により銅配線の表面を部分的に溶解させて柱状の表面凹
凸を形成する方法である。黒化処理のように、銅配線の
表面を酸化する粗化処理では、絶縁層樹脂との密着性が
低下する傾向がある。

【００３１】無電解メッキは、常法に従って、まずPd等
の貴金属触媒を含有する溶液で処理して表面に触媒を付
与する触媒化処理と必要に応じて活性化処理を行った
後、適当な無電解メッキ液で処理してメッキを施す。針
状結晶を析出させるには、無電解メッキ液は、析出金属
の塩と還元剤 (例、次亜リン酸塩) の他に界面活性剤を
含有していることが好ましい。還元剤が次亜リン酸塩で
あると、Ｐを含有するメッキが形成される。銅配線の表
面粗化処理に用いるエッチング液としては、例えば、過
酸化水素系のエッチング液の使用が好ましい。

【００３２】この最下層の銅配線の表面粗化では、図４
(a) に示すようにコア基板上の銅配線の上面と側面が露
出しているので、上記のような化学的処理では、配線の
上面と側面の両方に表面凹凸が形成される。表面凹凸の
深さは、平均して、配線金属(導体層) の厚さの10％以
上とすることが好ましい。これより浅い凹凸では、ヒー
トサイクル試験においてクラック発生を防止できないこ
とがある。表面凹凸の深さに上限はないが、エッチング
や黒化のように銅配線の表面が部分的に除去されて表面
凹凸が形成される場合には、導体層の厚みの50％以下と
することが好ましく、より好ましくは25％以下である。
また、この凹凸深さの増大は基板の全厚みの増大につな
がるので、積層数の多い多層回路基板では、やはり導体
層の厚みの25％以下とすることが好ましい。

【００３３】こうして銅配線の上面と側面を表面粗化し
た後、適当な感光性樹脂材料の塗布液を塗布し、乾燥さ
せて、層間絶縁層を形成する [図４(c)]。なお、使用す
る樹脂は必ずしも感光性である必要はない。また、塗布
ではなく、感光性フィルムを利用して層間絶縁層を形成
することもできるが、配線側面／絶縁層の界面の密着性
を高めるには、塗布法の方が好ましい。

【００３４】層間絶縁層の形成に用いる樹脂は、表面粗
化が容易なものが好ましく、無電解メッキ接着剤と呼ば
れる種類のものが好ましい。この種の樹脂は、例えば、
酸化剤または酸に難溶性の耐熱性樹脂マトリックス中に
酸化剤または酸に可溶性の耐熱性樹脂粒子を分散させた
ものからなり、酸化剤または酸による処理を受けると、
樹脂表面に存在する可溶性粒子が溶解して、表面が粗化
され、無電解メッキとの密着性が向上する。

【００３５】次いで、絶縁層にビアホールを形成して、
下層の配線の一部を露出させる [図４(d)]。このビアホ
ールの形成は、感光性樹脂から絶縁層を形成した場合に
は、フォトマスクを用いた露光と現像により行うことが
できる。絶縁層が感光性を持たない場合には、レーザー
加工等を利用してビアホールを形成する。また、この層
間絶縁層が最後に形成する (即ち、最上層の) 層間絶縁
層である場合には、基板全体を貫通するスルーホールを
ドリル加工等により形成してもよい。

【００３６】その後、その上に形成される配線パターン
との密着性を確保するために、絶縁層に表面粗化処理を
施して、ビアホールの表面とスルーホール（形成した場
合）の壁面も含めて、絶縁層の全表面を粗化する [図４
(e)]。この表面粗化は、絶縁層の表面粗化が可能な任意
の方法で実施できるが、通常は過マンガン酸塩やクロム
酸などの酸化剤溶液により行われる。また、酸化剤溶液
と酸溶液 (リン酸) を順に使用してもよく、酸だけで粗
化できる場合もある。この表面粗化の前にスルーホール
の孔あけをした場合には、この表面粗化は、デスミア処
理 (ドリル加工の熱で溶けてスルーホールの壁面に付着
した樹脂といったスミア (汚れ) を除去する処理) も兼
ねる。

【００３７】こうして表面粗化された層間絶縁層の上
に、次の配線パターンを形成する。これは、アディティ
ブ法では、メッキレジストによるレジストパターンの形
成、次いでメッキ（無電解メッキまたは無電解メッキと
電解メッキ）による配線パターンの形成、という工程順
で行うことができる。

【００３８】まず、レジストパターンを形成するため
に、絶縁層の上にレジストを塗布するが、その前に通常
は、無電解メッキのための触媒化処理を、絶縁層の全面
(ビアホールの表面およびスルーホールの壁面も含む)
に施しておくことが好ましい。それにより、その後にレ
ジストで覆われた部分は触媒活性がないので、レジスト
で覆われていない部分のみを選択的に無電解メッキする
ことができる。

【００３９】なお、セミアディティブ法を採用する場合
には、こうして全面を触媒化処理した後、全面に無電解
銅メッキを施して、銅の薄い皮膜を形成する。メッキ前
に必要に応じて活性化処理を行ってもよい。この全面メ
ッキは非常に薄いため、メッキ表面には絶縁層の表面粗
化により形成された粗面がそのまま残っているので、こ
のメッキ表面を粗化する必要はない。

【００４０】次いで、レジストを塗布し、乾燥させてレ
ジスト層を形成する。メッキレジストを塗布する代わり
に、レジストフィルムを接着剤、熱圧着等により貼付す
ることもできる。その後、このレジスト層を露光および
現像して、レジストパターンを形成する [図４(f)]。

【００４１】次に、必要であれば、無電解メッキの活性
化処理を行った後、無電解銅メッキを行うと、レジスト
で被覆されている部分を残して、配線材料の銅が絶縁層
の表面に析出して、ビアホールの内部も含めて絶縁層の
表面の所定の銅配線パターンが形成される [図４(g)]。

【００４２】上記のようにスルーホールを形成した場合
には、同時にスルーホールの壁面にも銅が析出し、スル
ーホールメッキが行われる。無電解メッキだけでは銅の
厚みが不足する場合には、生成した銅皮膜を通電に利用
して電解銅メッキを行い、望ましいメッキ厚みにする。
必要であれば、メッキ面を研磨等により平坦化してもよ
い。

【００４３】なお、セミアディティブ法の場合には、レ
ジスト層の下に全面的に無電解銅メッキが形成されてい
るので、レジストパターンを形成すると、レジストで被
覆されていない部分には最初から無電解銅メッキ皮膜が
付着している。従って、レジストパターン形成後のメッ
キは、最初から電解メッキとすることもできる。

【００４４】レジストとしては、メッキが付着しない、
いわゆるメッキレジストを使用する。従来は、このレジ
ストとして、永久レジスト (即ち、絶縁層として使用で
きる特性を持つもの) を使用し、メッキによる配線パタ
ーンの形成後も剥離せずに、そのまま残しておくのが普
通であった。それによりレジストの剥離工程が不要とな
る上、その上に絶縁層をさらに形成する際に、絶縁材料
の使用量が少なくてすむからである。但し、永久レジス
トとするには、現像によりレジストパターンを形成した
後、レジストに再度の露光と加熱処理を施して、残して
おくレジスト層を強化する。

【００４５】永久レジストの場合、このレジストを用い
て形成された銅配線とその上に形成される絶縁層との密
着性を確保するために行う配線の表面粗化 (表面凹凸形
成)は、配線金属の上面だけに行われることになる。図
４(h) に示すように、側面はレジストと密着しているの
で、表面粗化用の処理液が接触できないからである。し
かし、本発明者らは、この配線上面だけの表面粗化で
は、苛酷なヒートサイクル試験でのクラック発生防止に
は不十分であることを見出した。

【００４６】そこで、本発明では、レジストを除去し
て、銅配線の側面を露出させてから、銅配線の表面粗化
を行う。それにより、銅配線の上面に加えて、側面にも
微小凹凸が形成される [図４(i)]。レジストは、剥離液
で処理することにより容易に除去できる。剥離液はレジ
ストの種類によっても異なるが、例えば、アルカリ水溶
液である。

【００４７】このようにレジストを除去するので、レジ
ストとしては、高価な永久レジストを使用する必要はな
く、ずっと安価なレジストを使用できる。また、永久レ
ジストとするための、レジストパターン形成後の再露光
と加熱によるレジスト層の強化の工程が不要となる。レ
ジストとしては、解像度が高く、かつ剥離性が良好なも
のが好ましい。

【００４８】この層間絶縁層の上に形成した銅配線の表
面粗化の処理自体は、コア基板上の銅配線の表面粗化に
ついて前述したのと同様に実施すればよく、形成された
表面厚みの深さについても前記と同様でよい。

【００４９】その後、必要に応じて、銅配線パターンを
覆う層間絶縁層の形成から銅配線の表面粗化までの工程
を繰り返して、層間絶縁層と銅配線をそれぞれ所定の数
だけ形成する [図４(j)] (図示例ではあと２回繰り返
す) 。最後に形成された銅配線は表層配線となり、この
配線についても表面粗化により上面と側面に表面凹凸を
有している。層間絶縁層を形成するための樹脂材料の塗
布工程では、本発明の場合、上記のようにレジストが剥
離されているため、このレジストがあった部分にも樹脂
材料が充填されるので、樹脂材料の塗布量がいくらか増
える。

【００５０】最後に、表層配線の電極とならない部分
(即ち、ハンダの付着が望ましくない部分) にソルダー
マスクを形成し、電極となる表層配線部 (即ち、ソルダ
ーマスクで被覆されない部分) は、易酸化性の銅を保護
して耐酸化性を付与すると共にハンダ濡れ性を向上させ
るため、通常は薄いNiメッキとAuメッキで被覆する [図
４(k)]。ソルダーマスクは、ソルダーレジストの塗布、
露光、現像により行うことができる。Niメッキは無電解
メッキ、Auメッキはフラッシュメッキにより行うことが
できる。

【００５１】以上に説明したように、本発明に係る多層
回路基板の製造工程では、従来の製図工程に対して、第
２層以後の銅配線パターンを形成した後にレジストを剥
離する工程が加わることと、その後に層間絶縁層を形成
する場合の樹脂材料の塗布量がいくらか増えるという違
いがある。しかし、レジストは簡単に剥離することがで
き、樹脂材料の使用量はわずかである。レジストに高価
な永久レジストを使用する必要がなく、また永久レジス
トとするのに必要な再露光とかなり長時間の加熱処理が
不要となることを考慮すると、製造コストはほとんど増
大しない。

【００５２】

【実施例】図２に示す６層基板 (層間絶縁層が片面各２
層) を、層間絶縁層に感光性樹脂を使用し、セミアディ
ティブ法により配線パターンを形成する場合について例
示する。

【００５３】三菱ガス化学製ＢＴ^RTレジン両面銅張り基
板 (0.8 mm厚、銅箔厚み18μｍ) をコア基板に使用し
た。ＢＴレジンはビスマレイミド系の熱硬化性・付加重
合型トリアジン樹脂である。この銅張り基板は、銅箔の
パターン化による最下層の配線金属 (最下層の内層導体
層) の形成およびスルーホールの穴あけとスルーホール
メッキが既に済んでいた。

【００５４】次に、その上に形成する層間絶縁層との密
着性を高めるため、コア基板の両面の銅配線に表面凹凸
を形成できる各種の粗化処理を施した。実施した粗化処
理は、次亜リン酸を還元剤とする無電解銅メッキ (即
ち、無電解Cu−Ｐメッキ) 、亜塩素酸ナトリウムにより
銅配線の表面を酸化する黒化処理、および銅配線の表面
をエッチング液により部分的に溶解させるエッチング粗
化の３種類であった。処理時間を変化させて、表面凹凸
の深さを調整した。これらの処理で形成される表面凹凸
は、無電解メッキと黒化処理が針状で、エッチングが柱
状である。表面粗化を受ける銅配線は、下面がコア基板
に密着している以外は裸であるので、いずれの処理法で
も側面と上面の両方に表面凹凸が形成された。粗化処理
後の表面凹凸の深さは電子顕微鏡により測定し、平均値
を求めた。

【００５５】銅配線の表面粗化後、層間絶縁層となるエ
ポキシ系感光性樹脂をスピンコーターにて膜厚40μｍと
なるように塗布し、乾燥させた。この感光性樹脂は、い
わゆる無電解メッキ用接着剤であり、酸化剤で処理する
と表面が粗化される。

【００５６】こうして形成した第１の層間絶縁層にビア
ホールを形成するため、フォトマスクを介して紫外線に
より露光し、引き続き現像処理した。こうして層間絶縁
層の所定位置に直径100 μｍのビアホールを形成した。
その後、層間絶縁層とその上に形成する銅メッキとの密
着性を高めるため、基板を70℃で過マンガン酸カリウム
水溶液に５分間浸して樹脂表面を部分溶解させ、絶縁層
表面の粗化処理を行った。

【００５７】絶縁層の粗化処理の済んだ基板に、次いで
常法に従って無電解銅メッキを施して、ビアホール内を
含む樹脂表面に約１μｍ厚さで銅を析出させた。その
後、配線パターン形成のため、永久レジストとなりうる
メッキレジスト (日本ペイント製フォトEDシステム) を
無電解銅メッキ表面に約25μｍ厚で電着塗布した。この
レジストをフォトマスクを介して紫外線露光し、続いて
アルカリ現像液で現像処理して、レジストパターンを形
成し、配線部分となる無電解銅メッキ面を露出させた。

【００５８】その後、基板上の無電解メッキ層に通電す
ることにより電解銅メッキを行い、レジストで被覆され
ていない部分の無電解銅メッキの上に約10μｍ厚さの銅
を析出させ、銅配線パターンを形成した。続いて、銅配
線の間に残るメッキレジストを強アルカリ性剥離液で溶
解除去した。次に、この銅配線とその上に形成する第２
の層間絶縁層との密着性を向上させるため、銅配線の表
面に粗化処理により表面凹凸を形成した。使用した粗化
処理は、最初に銅箔から形成した配線パターンの表面粗
化に用いたのと同じ方法および同一条件とした。メッキ
レジストを剥離してから粗化処理を行ったので、銅配線
の側面にも上面と同様の表面凹凸が形成された。

【００５９】表面粗化処理の済んだ銅配線の上に、上記
と同様にして、エポキシ系感光性樹脂の塗布、乾燥、ビ
アホール形成、および粗化処理による層間絶縁層の形成
と、無電解メッキ、メッキレジストの塗布とパターン
化、電解銅メッキ、およびメッキレジストの溶解除去に
よる銅配線の形成をもう一度づつ繰り返した。この最後
の銅配線は、最表層の導体層となる。この最表層の導体
層についても、上記と同じ表面粗化処理を行った。

【００６０】こうしてコア基板の両面にそれぞれ層間絶
縁層が２層づつ形成された６層ビルドアップ回路基板が
形成された。その後、ソルダーレジストとして、層間絶
縁層の形成に用いたのと同じレジストを、層間絶縁層の
表面から約18μｍ厚にロール塗布し、露光、現像処理し
てソルダーマスク層を形成した。最後に、露出した最表
層の銅配線の表面に、無電解Niメッキを約５μｍ、フラ
ッシュAuメッキを0.05μｍ析出させた。

【００６１】完成したビルドアップ多層回路基板の信頼
性を、ヒートサイクル (冷熱衝撃)試験によって評価し
た。125 ℃／−55℃の冷熱サイクルを30分／サイクルで
１０００サイクル与えて、ＳＥＭで試験後の基板表面、
断面の組織観察を行い、クラック、剥離などの劣化状況
を調べた。結果を表１に凹凸処理法と凹凸の形状および
深さと一緒に示す。

【００６２】比較例として、第１の層間絶縁層の上に無
電解銅メッキと電解銅メッキにより形成した銅配線パタ
ーンの上面のみを粗化処理して、上面だけに表面凹凸を
形成した以外は、上記の実施例と同様にして６層ビルド
アップ回路基板を作製した。上面のみに表面凹凸を形成
するため、電解銅メッキを行った後、銅配線間に残るメ
ッキレジストを除去せずにそのまま残し、次いで再露光
と加熱により永久レジストとしてから、銅配線の表面粗
化を行った。なお、この比較例でも、銅張り基板の銅箔
から形成した銅配線に対して行った最初の表面粗化で
は、銅配線の上面と側面の両方に表面凹凸が形成され
た。

【００６３】さらに、２層の内層導体層 (コア基板上の
最下層の内層導体層とその上の内層導体層) に施した表
面粗化処理をどちらも省略した６層ビルドアップ回路基
板も作製した。これらの比較例のビルドアップ回路基板
についても、上と同様のヒートサイクル試験を行った。
比較例の試験結果は、表２にまとめて示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】

【表２】

【００６６】表１からわかるように、本発明に従って、
銅配線の上面に加えて側面まで表面凹凸を形成すると、
ヒートサイクル試験後にクラックや剥離の発生のない、
信頼性に優れた多層回路基板を得ることができた。具体
的には、無電解メッキによる針状粗化と、エッチングに
よる柱状粗化では、凹凸処理深さが１μｍ以上 (即ち、
導体層の厚み約10μｍの10％以上) の場合に、クラック
や剥離等のない良好な信頼性が得られた。

【００６７】一方、黒化処理による針状粗化では、凹凸
処理深さ (平均値) が２μｍ (導体層の厚みの20％) と
比較的大きくても、クラックや剥離が発生した。これ
は、黒化処理によって得られる針状組織が酸化銅(Cu₂O)
であるため、金属Cuに比べて、樹脂との密着強度が低い
ためと推定される。なお、黒化処理後に表面の酸化銅を
酸により溶解除去したノンハローイングタイプの黒化処
理も検討したが、凹凸深さが１μｍに満たないため、ク
ラック、剥離が生じた。これらのクラックはいずれも絶
縁層の側壁／樹脂界面を起点として絶縁層を垂直に走っ
ていた。

【００６８】一方、表２に示す比較例からわかるよう
に、銅配線表面に凹凸処理を行わなかった比較例１で
は、ヒートサイクル試験によりクラック、剥離が生じ
た。第１の層間絶縁層の上の内層導体層について、表面
凹凸を上面だけに形成し、側面には形成しなかった比較
例２〜６では、１〜３μｍ (導体層の厚みの10％〜30
％) の深さで無電解メッキによる針状粗化またはエッチ
ングによる柱状粗化を行っても、実施例とは異なり、ど
の試料でも層間絶縁層の上の銅配線側壁／樹脂界面を起
点としたクラックが見られた。さらに、凹凸処理深さが
２μｍ未満の比較例４では、銅配線上面／樹脂界面でも
剥離も見られた。

【００６９】以上の結果より、層間絶縁層に樹脂材料を
使用した多層回路基板において、上面および側面が樹脂
材料に接している内層導体層の上面と側面に粗化処理に
より表面凹凸を形成すると、ヒートサイクル試験におけ
るクラック、剥離発生のない信頼性に優れたビルドアッ
プ多層基板を得ることができるがことが示された。また
凹凸処理深さとしては導体層の厚みの10％以上が望まし
いことがわかった。

【００７０】

【発明の効果】本発明に係る多層回路基板は、通常の多
層回路基板に比べて過酷なヒートサイクル試験を受けさ
せても、ヒートサイクル試験後にクラック、剥離、膨れ
などの不良を生ずることがなく、優れた信頼性を示す、
ビルドアップ回路基板である。従って、この多層回路基
板は、ＭＰＵ搭載用の樹脂製ＩＣパッケージやＭＣＭの
回路基板として、または各種電子部品を搭載するための
多層プリント配線板として使用するのに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の多層回路基板に見られるヒートサイクル
試験後のクラック、剥離発生状況を示す説明図。

【図２】本発明に係るビルドアップ多層回路基板の１例
の配線形状を示す説明図。

【図３】本発明に係る多層回路基板の製造工程の１例を
示すフローチャート。

【図４】各工程における基板の状態を示す説明図。

フロントページの続き (72)発明者 苫米地 重尚 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 池田 尊士 山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番１ 株式会社住友金属エレクトロデバイス内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 層間絶縁層に樹脂材料を使用した多層回
   路基板において、全ての導体層が、その上面と側面に表
   面凹凸を有していることを特徴とする多層回路基板。
2. 【請求項２】 前記導体層の表面凹凸が、無電解メッキ
   による針状粗化またはエッチングによる柱状粗化により
   形成された、平均深さが配線金属厚みの10％以上のもの
   である、請求項１記載の多層回路基板。
3. 【請求項３】 層間絶縁層に樹脂材料を使用し、導体層
   の少なくとも一部を選択的に形成する多層回路基板の製
   造方法において、前記選択的に形成する導体層を、 層間絶縁層上の導体層を形成しない位置にメッキレジス
   トを形成し、 導体層をメッキにより形成し、 メッキレジストを除去し、 露出した導体層の上面と側面を粗化する、という工程に
   より形成することを特徴とする、多層回路基板の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記粗化工程を、無電解メッキまたはエ
   ッチングにより、導体層の上面と側面に平均深さが配線
   金属厚みの10％以上の表面凹凸が形成されるように行
   う、請求項３記載の方法。